JP7571561B2 - 冷却器、電力変換モジュール、電力変換装置及び冷却器の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、冷却器、電力変換モジュール、電力変換装置及び冷却器の製造方法に関する。

電力変換装置に用いられる半導体モジュールは、運転状態において高温になるため、半導体モジュールを冷却する冷却器が用いられる。

特許文献１には、冷媒冷却型両面冷却半導体装置が開示されている。特許文献１には、冷媒冷却型両面冷却半導体装置の扁平冷媒管部（冷却管）が、左右方向中央部において両面冷却型半導体モジュールと積層方法へ交互に積層配置されることが開示されている。

特開２００４－２１４６２３号公報

両面冷却型の半導体モジュールを二つの多穴管の間に挟んで冷却する場合に、多穴管と半導体モジュールとを十分熱接触させる必要がある。多穴管と半導体モジュールとを十分熱接触させるためには、隣接する多穴管の間隔を所定の間隔にする必要がある。また、多穴管と半導体モジュールとを十分熱接触させるためには、多穴管に対して半導体モジュールを正しい位置に位置合わせする必要がある。

例えば、複数の多穴管を用いて電力変換モジュールを製造する場合には、多穴管の間隔を所定の間隔にしたり、所定の位置に位置合わしたりするために、高精度な治具が必要であった。また、当該治具を使用するために、製造に係るリードタイムが長くなっていた。このように、多穴管と半導体モジュールを備える電力変換モジュールを製造する場合に、製造する工程が複雑になっていた。

本開示は、電力変換モジュールの製造工程を簡略化できる半導体モジュールを冷却する冷却器を提供することを目的とする。

本開示の一の態様によれば、それぞれ内部に第１方向に流体が流れる流路が形成され、前記第１方向に交差する第２方向に離隔して並んで位置する複数の多穴管と、前記複数の多穴管のそれぞれに対して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に設けられ、前記複数の多穴管のすべての前記第３方向の片側の第１側面に連結し、前記複数の多穴管と同一の材料で一体に形成される第１リブと、を備える冷却器を提供する。

本開示によれば、電力変換モジュールの製造工程を簡略化できる半導体モジュールを冷却する冷却器を提供できる。

図１は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの冷却器の斜視図である。 図４は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの冷却器の斜視図である。 図５は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの冷却器の側面図である。 図６は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの半導体モジュールの上面図である。 図７は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの半導体モジュールの下面図である。 図８は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの冷却器の製造方法を説明する図である。 図９は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの冷却器の製造方法を説明する図である。 図１０は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの冷却器の製造方法を説明する図である。 図１１は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの冷却器の製造方法を説明する図である。 図１２は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの製造方法を説明する平面図である。 図１３は、第１実施形態に係る電力変換モジュールの製造方法を説明する断面図である。 図１４は、第２実施形態に係る電力変換モジュールの斜視図である。 図１５は、第２実施形態に係る電力変換モジュールの斜視図である。 図１６は、第２実施形態に係る電力変換モジュールの側面図である。 図１７は、第２実施形態に係る電力変換モジュールの側面図である。 図１８は、本実施形態に係る電力変換モジュールを用いる電力変換装置の斜視図である。 図１９は、本実施形態に係る電力変換モジュールを用いる電力変換装置の斜視図である。

以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

＜＜第１実施形態＞＞
≪電力変換モジュール１≫
図１及び図２は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の斜視図である。電力変換モジュール１は、例えば、直流電力を交流電力に変換して、３相モータに供給する。電力変換モジュール１は、例えば、三相モータの各相の電力を２つの半導体モジュール２０によって供給する。電力変換モジュール１は、例えば、モータを駆動する電力変換装置に用いられる。

なお、図には、説明の便宜のためＸＹＺ直交座標系が設定される場合がある。図面の紙面に対して垂直な座標軸については、座標軸の丸の中にバツ印は紙面に対して奥の方向が正、丸の中に黒丸印は紙面に対して手前側が正であることを表している。ただし、当該座標系は、説明のために定めるものであって、電力変換モジュール等の姿勢について限定するものではない。

なお、本開示では、特に説明しない限り、Ｙ軸は冷却器１０の多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３それぞれの延在方向とする。また、Ｚ軸は冷却器１０の多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３が隣接する方向とする。なお、Ｚ軸方向を、上下方向と呼ぶ場合がある。Ｘ軸は、当該Ｙ軸、Ｚ軸に垂直な方向とする。

電力変換モジュール１は、冷却器１０と、複数の半導体モジュール２０と、を備える。

本実施形態の電力変換モジュール１は、６個の半導体モジュール２０を備える。具体的には、電力変換モジュール１は、半導体モジュール２１、２２、２３、２４、２５及び２６を備える。なお、以下の説明では、半導体モジュール２１、２２、２３、２４、２５及び２６のそれぞれを区別して説明する必要がない場合は、それぞれを総称して半導体モジュール２０と呼ぶ場合がある。

半導体モジュール２０は、冷却器１０の後述する多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３の間に、横３列、縦２段に配置され、保持される。具体的には、多穴管１２２と多穴管１２３との間に、－Ｙ側から順に半導体モジュール２１、２２及び２３が配置される。多穴管１２１と多穴管１２２との間に、－Ｙ側から順に半導体モジュール２４、２５及び２６が配置される。半導体モジュール２０は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３内を通流する冷却水と熱交換することにより冷却される。

電力変換モジュール１の冷却器１０及び半導体モジュール２０のそれぞれの詳細について説明する。

＜冷却器１０＞
図３及び図４は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の斜視図である。図５は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の側面図である。

冷却器１０は、半導体モジュール２０を冷却する。冷却器１０の内部には、冷媒（流体）が通流する。冷却器１０は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３の内部を通流する冷媒（例えば冷却水）と半導体モジュール２０との間で熱交換することにより、半導体モジュール２０を冷却する。なお、冷媒は不凍液などでも良く、水に限るものではない。

冷却器１０は、第１ヘッダ１１０と、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３と、第２ヘッダ１３０と、を備える。更に、冷却器１０は、複数のリブ、すなわち、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８、を備える。

第２ヘッダ１３０は、第１ヘッダ１１０からＹ軸方向に離隔して設けられる。多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３は、Ｚ軸方向、すなわち、Ｙ軸方向と交差する方向、に所定の間隔、具体的には、半導体モジュール２０を保持できる間隔、を隔てて設けられる。第１ヘッダ１１０は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３それぞれの一方の端に連結される。第２ヘッダ１３０は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３それぞれの他方の端に連結される。

［第１ヘッダ１１０］
最初に、第１ヘッダ１１０について説明する。第１ヘッダ１１０は、本体部１１１と、管１１２及び管１１３を有する。

本体部１１１は、内部が空洞の直方体状である。本体部１１１の－Ｙ側の面には、管１１２及び管１１３が取り付けられる。本体部１１１の内部には、本体部１１１の内部を二つの空間に分ける仕切り板を有する。本体部１１１の内部の仕切られた二つの空間の一方の空間には、管１１２の管内部の空間がつながる。本体部１１１の内部の仕切られた二つの空間の他方の空間には、管１１３の管内部の空間がつながる。

また、本体部１１１の＋Ｙ側の面には、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれの－Ｙ側の端が挿入される３つの孔が形成されている。そして、本体部１１１の＋Ｙ側の面に形成された複数の孔のそれぞれには、対応する多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３の－Ｙ側の端が挿入される。

第１ヘッダ１１０には、管１１２及び管１１３の一方から冷却用の冷媒が外部の冷媒冷却装置から流入する。管１１２及び管１１３の一方から流入した冷媒は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のいずれかの流路を通って、第２ヘッダ１３０に送られる。そして、第２ヘッダ１３０に送られた冷媒は、第２ヘッダ１３０で折り返される。第２ヘッダ１３０で折り返された冷媒は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のいずれかの流路を通って、第１ヘッダ１１０に戻る。そして、第１ヘッダ１１０に戻った冷媒は、管１１２及び管１１３の他方から外部に流出する。

［多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３］
多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれは、内部の流路に冷媒が流れることにより、半導体モジュール２０を冷却する。多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれの内部には、Ｙ軸方向に延びる流路が複数形成される（図８及び図９を参照）。

多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれは、＋Ｚ軸方向に互いに距離を開けて並んで位置する。いいかえると、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれは、＋Ｚ軸方向に離隔して並んで位置する。

多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれの流路には、冷媒が流れる。冷媒は、本体部１１１の内部の仕切られた二つの空間のどちらにつながっているかによって、第１ヘッダ１１０から第２ヘッダ１３０に向かう向き（＋Ｙの向き）又は第２ヘッダ１３０から第１ヘッダ１１０に向かう向き（－Ｙの向き）のいずれかの向きに流れる。

＋Ｚ軸方向の＋Ｚ側の一番端（最端部）に位置する多穴管１２１は、＋Ｚ側の面に外側に突出するとともに、Ｙ軸方向に延びる補強リブ１２１ｆを複数備える。また、＋Ｚ軸方向の－Ｚ側の一番端（最端部）に位置する多穴管１２３は、－Ｚ側の面に外側に突出するとともに、Ｙ軸方向に延びる補強リブ１２３ｆを複数備える。

補強リブ１２１ｆは、多穴管１２１が長手方向（Ｙ軸方向）において反ったり撓んだりして変形することを防止する。すなわち、補強リブ１２１ｆは、多穴管１２１を補強して、反りや撓みを防止する。また、補強リブ１２１ｆを複数備えることにより、補強リブ１２１ｆの周りの空気を冷却する。

補強リブ１２３ｆは、多穴管１２３が長手方向（Ｙ軸方向）において反ったり撓んだりして変形することを防止する。すなわち、補強リブ１２３ｆは、多穴管１２３を補強して、反りや撓みを防止する。また、補強リブ１２３ｆを複数備えることにより、補強リブ１２３ｆの周りの空気を冷却する。

更に、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれに対して、Ｘ軸方向の－Ｘ側に設けられるリブ１２５、１２６、１２７及び１２８を備える。リブ１２５、１２６、１２７及び１２８のそれぞれは、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれが有する－Ｘ側の面（図１３の面１２１Ａ１、面１２２Ａ１及び面１２３Ａ１のそれぞれ）のすべてに連結する。

また、後で述べるように、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３と、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８とは、同一の材料で一体成型された部材から加工される。すなわち、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３と同一の材料で一体に形成される。

多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれが有する＋Ｘ側の面（図１３の面１２１Ａ２、面１２２Ａ２及び面１２３Ａ２のそれぞれ）には、＋Ｘ向きに突出するリブ１２１ｅ、リブ１２２ｅ及びリブ１２３ｅが形成されている。なお、リブ１２１ｅ、リブ１２２ｅ及びリブ１２３ｅのそれぞれは、後述する連結部２３０を除去した際に残る部分である。

多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれが有する－Ｘ側の面（図１３の面１２１Ａ１、面１２２Ａ１及び面１２３Ａ１のそれぞれ）のリブ１２５、１２６、１２７及び１２８以外の部分には、－Ｘ向きに突出するリブ１２１ｅ、リブ１２２ｅ及びリブ１２３ｅが形成されている。なお、リブ１２１ｅ、リブ１２２ｅ及びリブ１２３ｅのそれぞれは、後述する連結部２４０を除去した際に残る部分である。

なお、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれが有する－Ｘ側の面（図１３の面１２１Ａ１、面１２２Ａ１及び面１２３Ａ１のそれぞれ）が片側の第１側面の一例、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８が第１リブの一例である。

［第２ヘッダ１３０］
第２ヘッダ１３０は、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のいずれかの流路から流入する冷媒を、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のいずれかの流路に折り返す。なお、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のどの流路から冷媒が流入するか又はどの流路に流出するかは、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３の流路が第１ヘッダ１１０の仕切られた空間のどちらにつながっているかによって決まる。

第２ヘッダ１３０は、内部が空洞の直方体状である。第２ヘッダ１３０の－Ｙ側の面には、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれの＋Ｙ側の端が挿入される３つの孔が形成されている。そして、第２ヘッダ１３０の－Ｙ側の面に形成された複数の孔のそれぞれには、対応する多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３の＋Ｙ側の端が挿入される。

＜半導体モジュール２０＞
図６は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の半導体モジュール２０の上面図である。図７は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の半導体モジュール２０の下面図である。なお、半導体モジュール２１、２２、２３、２４、２５及び２６は、互いに同じ構造を有している。したがって、以下の説明では、半導体モジュール２１、２２、２３、２４、２５及び２６のそれぞれを説明するのに換えて、半導体モジュール２０を用いて説明を行う。

半導体モジュール２０は、例えば、１相分の上下アームを構成する二つの半導体素子がパッケージされたいわゆる２ｉｎ１の半導体モジュールである。また、半導体モジュール２０は、いわゆる両面冷却型の半導体モジュールである。半導体モジュール２０の内部には、例えば、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等のパワートランジスタ等の半導体素子が内蔵される。

半導体モジュール２０は、略直方体状の形状の樹脂、例えば、エポキシ樹脂等、のケース２０ｄを備える。ケース２０ｄは、上面２０ｄＡと、上面２０ｄＡの反対側に下面２０ｄＢと、を有する。半導体モジュール２０は、ケース２０ｄの側面に、電流端子２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３と、制御端子２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４と、を有する。電流端子２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３と、制御端子２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４とは、半導体モジュール２０のケース２０ｄの側面から突出して設けられる。

電流端子２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３は、例えば、負荷に電流を流すための端子である。電流端子２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３は、導電材料（例えば銅）で形成される。制御端子２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４は、負荷に流す電流を制御するための端子である。制御端子２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４は、導電材料（例えば銅）で形成される。

また、半導体モジュール２０は、放熱板２０ｃ１、２０ｃ２を有する。半導体モジュール２０に内蔵される例えばパワートランジスタは、発熱素子であることから、冷却する必要がある。放熱板２０ｃ１、２０ｃ２は、当該発熱素子を放熱するために設けられる。放熱板２０ｃ１、２０ｃ２は、熱伝導性の高い材料、例えば、銅などの金属で形成される。放熱板２０ｃ１、２０ｃ２は、当該発熱素子に熱的に接続される。

放熱板２０ｃ１は、ケース２０ｄの上面２０ｄＡに設けられる。放熱板２０ｃ２は、ケース２０ｄの下面２０ｄＢに設けられる。なお、電流端子２０ａ１、２０ａ２は、ケース２０ｄの側面のうち－Ｘ側の側面２０ｄＣから突出して設けられる。

＜電力変換モジュール１及び冷却器１０の製造方法＞
電力変換モジュール１及び冷却器１０の製造方法について説明する。図８から図１１は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法を説明する図である。第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法は、下記に示す５つの工程を有する。

図１２及び図１３は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の製造方法を説明する図である。第１実施形態に係る電力変換モジュール１の製造方法は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法に加えて、冷却器１０に半導体モジュール２０を取り付ける工程を有する。

［（ａ）第１部材２００を用意する工程］
本実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法は、最初に、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３と、連結部２３０及び連結部２４０と、を有し、同一の材料で一体に形成される第１部材２００を用意する工程を有する。

図８は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法において、用意された第１部材２００の斜視図である。

第１部材２００は、Ｙ軸方向に沿って一様の断面を有する。第１部材２００は、Ｙ軸方向に離隔して並んで位置する多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３を有する。多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３は、最終的に、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３を構成する。

また、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれに対してＸ軸方向の＋Ｘ側に連結部２３０を有する。連結部２３０は、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれが有する＋Ｘ側の面のすべてに連結する。

更に、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれに対してＸ軸方向の－Ｘ側に連結部２４０を有する。連結部２４０は、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれが有する－Ｘ側の面（図１３の面１２１Ａ１、面１２２Ａ１及び面１２３Ａ１のそれぞれに相当する面）のすべてに連結する。連結部２４０の一部は、最終的に、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８を構成する。

第１部材２００は、例えば、押し出し成型により成型される。第１部材２００は、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３と、連結部２３０及び連結部２４０と、が一体に形成される。また、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３と、連結部２３０及び連結部２４０とは、同一の材料により形成される。第１部材２００は、熱伝導性の高い材料、例えば、アルミニウムにより形成される。

第１部材２００を押し出し成形する際には、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３と、連結部２３０及び連結部２４０とを一体にした第１部材２００の断面形状となる金型が製作される。そして、製作した金型を用いて押し出し成形することにより、第１部材２００が成形される。

［（ｂ）第１部材２００を第２部材２０１に加工する工程］
本実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法は、次に、第１部材２００を、それぞれ第１ヘッダ１１０及び第２ヘッダ１３０に接合できるように、第２部材２０１に加工する工程を有する。

図９は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法において、第１部材２００を加工した第２部材２０１の斜視図である。

第１部材２００のＹ軸方向の－Ｙ側の端の部分（端部２００Ａ）を、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれが、加工後、第２部材２０１のＹ軸方向の－Ｙ側の端の部分（端部２０１Ａ）から突出するように加工する。また、突出した多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれの外形を少し削って、外形の小さい挿入部２２１Ａ、挿入部２２２Ａ及び挿入部２２３Ａを形成する。

また、第１部材２００のＹ軸方向の＋Ｙ側の端の部分（端部２００Ｂ）を、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれが、加工後、第２部材２０１のＹ軸方向の＋Ｙ側の端の部分（端部２０１Ｂ）から突出するように加工する。また、突出した多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３のそれぞれの外形を少し削って、外形の小さい挿入部２２１Ｂ等を形成する。

挿入部２１１Ａ、挿入部２２１Ｂ等を形成するように加工することにより、第２部材２０１の端部２０１Ａ及び２０１Ｂのそれぞれを、それぞれ第１ヘッダ１１０及び第２ヘッダ１３０に挿入可能にできる。

［（ｃ）第２部材２０１に第１ヘッダ１１０及び第２ヘッダ１３０を接合する工程］
本実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法は、次に、第２部材２０１に第１ヘッダ１１０及び第２ヘッダ１３０を接合する工程を有する。

図１０は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法において、第２部材２０１に、第１ヘッダ１１０及び第２ヘッダ１３０を接合する工程を説明する図である。

第２部材２０１に対して、第１ヘッダ１１０を矢印Ａの方向に移動する。そして、第１ヘッダ１１０の＋Ｙ側の面に形成された孔に、第２部材２０１の挿入部２２１Ａ、挿入部２２２Ａ及び挿入部２２３Ａを挿入する。また、第２部材２０１に対して、第２ヘッダ１３０を矢印Ｂの方向に移動する。そして、第２ヘッダ１３０の－Ｙ側の面に形成された孔に、第２部材２０１の挿入部２２１Ｂ等を挿入する。

そして、第１ヘッダ１１０と、第２部材２０１と、第２ヘッダ１３０と、を、例えば、ろう付け又は溶接により接合する。

［（ｄ）連結部２４０を加工する工程］
本実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法は、次に、連結部２４０を加工して、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８を形成する工程を有する。

図１１は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法において、連結部２３０及び連結部２４０を加工する工程を説明する図である。

図１１の矢印Ｃで示すように、連結部２４０の一部を切削加工して取り除く。連結部２４０の一部を取り除くことにより、残った部分がリブ１２５、１２６、１２７及び１２８となる。

［（ｅ）連結部２３０を加工する工程］
本実施形態に係る電力変換モジュール１の冷却器１０の製造方法は、次に、連結部２３０を加工して取り除く工程を有する。

図１１の矢印Ｄで示すように、連結部２３０の一部を切削加工して取り除く。連結部２３０を取り除くことにより、多穴管１２１と多穴管１２２との間及び多穴管１２２と多穴管１２３との間のそれぞれに、半導体モジュール２０を挿入できる。

［（ｆ）半導体モジュール２０を取り付ける工程］
本実施形態に係る電力変換モジュール１の製造方法は、上述の（ａ）から（ｅ）まで工程に加えて、半導体モジュール２０を取り付ける工程を有する。

図１２及び図１３は、第１実施形態に係る電力変換モジュール１の製造方法において、冷却器１０に半導体モジュール２０を取り付ける工程を説明する図である。図１３は、図１２のＩ－Ｉ断面図である。

上述の（ａ）から（ｅ）までの工程で作成した冷却器１０に、半導体モジュール２０を取り付ける。図１２及び図１３の矢印Ｅで示すように、冷却器１０に対して＋Ｘ側から－Ｘの向きに半導体モジュール２０を冷却器１０の多穴管１２１と多穴管１２２との間又は多穴管１２２と多穴管１２３との間に挿入する。図１２及び図１３においては、半導体モジュール２２、２４、２５及び２６を示している。

半導体モジュール２０を冷却器１０の多穴管１２１と多穴管１２２との間に挿入する際には、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８に、半導体モジュール２０の－Ｘ側の側面（図６及び図７の側面２０ｄＣ）が接触するように取り付ける。また、多穴管１２２と多穴管１２３との間に挿入する際には、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８に、半導体モジュール２０の－Ｘ側の側面（図６及び図７の側面２０ｄＣ）が接触するように取り付ける。

例えば、図１３に示す例では、半導体モジュール２２及び半導体モジュール２５は、それぞれ多穴管１２１と多穴管１２２との間又は多穴管１２２と多穴管１２３との間に矢印Ｅの方向に移動しながら挿入される。そして、図１３のＦに示すように、半導体モジュール２２の側面２２ｄＣ及び半導体モジュール２５の側面２５ｄＣのそれぞれはリブ１２６に接触する。

半導体モジュール２２及び半導体モジュール２５のそれぞれがリブ１２６に接触することにより、Ｘ軸方向の位置決めを行うことができる。

リブ１２６は、多穴管１２１と多穴管１２２との間に、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な平面である面１２６Ａ１を有する。また、リブ１２６は、多穴管１２２と多穴管１２３との間に、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な平面である面１２６Ａ２を有する。

半導体モジュール２２の側面２２ｄＣ及び半導体モジュール２５の側面２５ｄＣのそれぞれが、それぞれリブ１２６の平面である面１２６Ａ２及び面１２６Ａ１に接触する。半導体モジュール２２の側面２２ｄＣが、リブ１２６の面１２６Ａ２に接触することによって、半導体モジュール２２のＸＹ平面での傾きを抑えることができる。半導体モジュール２５の側面２５ｄＣが、リブ１２６の面１２６Ａ１に接触することによって、半導体モジュール２５のＸＹ平面での傾きを抑えることができる。

なお、上記の説明では、リブ１２６について説明したが、リブ１２５、リブ１２７及びリブ１２８でも同様である。

＜作用・効果＞
本実施形態に係る電力変換モジュール１によって、電力変換モジュール１の製造工程を簡略化できる半導体モジュール２０を冷却する冷却器１０を提供できる。

冷却器１０は、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３と、連結部２３０及び連結部２４０と、を有し、同一の材料で一体に形成される第１部材２００から形成される。第１部材２００から形成された冷却器１０の多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３の隣接する多穴管との間の距離は、所定の寸法範囲内となる。したがって、冷却器１０の多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３の隣接する多穴管との間の距離の管理が容易にできる。

また、第１部材２００は、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３と、連結部２３０及び連結部２４０と、を一体成型（例えば、押し出し成型等）することにより、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれの半導体モジュール２０が接触する面の平面度を保つことができる。

多穴管と半導体モジュールの間には熱伝導部材（例えばコンパウンドや熱伝導樹脂、熱伝導シート、はんだなど）が設けられる。熱伝導部材の厚みが変わると、熱伝導部材における熱抵抗が異なる。したがって、熱伝導部材の厚みが変わると、半導体モジュールに対する冷却器の放熱性能に影響がある。また、熱伝導部材の厚みが変わると、電力変換モジュールの組立が困難になる。

本実施形態の電力変換モジュールによれば、多穴管同士の距離を所定の範囲内にするとともに平面度も保つことができる。したがって、電力変換モジュールにおける半導体モジュールに対する冷却器の放熱性能を一定に保つことができる。また、電力変換モジュールを容易に組み立てできる。

また、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８により、多穴管１２１、１２２及び１２３のそれぞれに対する半導体モジュール２０の位置合わせを容易にできる。多穴管１２１、１２２及び１２３のそれぞれに対する半導体モジュール２０の位置合わせを容易にできることにより、冷却器１０の組立作業性と信頼性を向上させることができる。

更に、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３の隣接する多穴管の間の寸法を高い精度に保てるため、冷却器１０の冷却品質や信頼性を向上させることができる。また、多穴管２２１、多穴管２２２及び多穴管２２３の隣接する多穴管の間の寸法を保つための高精度な治具が不要となることから、組立作業性を向上させて、低コスト化を図ることができる。

更にまた、第１部材２００において、補強リブ１２１ｆ及び補強リブ１２３ｆを形成することにより、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３、特に、多穴管１２１及び多穴管１２３の変形を防止することができる。

更にまた、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８のそれぞれで、多穴管１２１、１２２及び１２３が連結されることにより、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３、の間の温度を均一にすること（均温化すること）ができる。

なお、Ｙ軸方向が第１方向の一例、Ｚ軸方向が第２方向の一例、Ｘ軸方向が第３方向の一例である。また、連結部２４０が第１連結部の一例、連結部２３０が第２連結部の一例、端部２００Ａが第１端部の一例、端部２００Ｂが第２端部の一例、補強リブ１２１ｆ又は補強リブ１２３ｆが凸部の一例、である。

＜＜第２実施形態＞＞
≪電力変換モジュール２≫
電力変換モジュール１に対して冷却器１０を冷却器１１に換えた第２実施形態に係る電力変換モジュール２について説明する。

図１４及び図１５は、第２実施形態に係る電力変換モジュール２の斜視図である。図１６及び図１７は、第２実施形態に係る電力変換モジュール２の側面図である。

＜冷却器１１＞
冷却器１１は、冷却器１０の構成に加えて、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれに対して、Ｘ軸方向の＋Ｘ側に設けられるリブ１３１、１３２、１３３及び１３４を備える。リブ１３１、１３２、１３３及び１３４のそれぞれは、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれが有する＋Ｘ側の面のすべてに連結する。

更に、リブ１３１、１３２、１３３及び１３４は、半導体モジュール２０をＺ軸方向に位置合わせする切り欠き部を有する。

ここでは、図１７を用いて、リブ１３２の切り欠き部１３２ａ及び切り欠き部１３２ｂと、リブ１３３の切り欠き部１３３ａ及び切り欠き部１３３ｂと、について説明する。

リブ１３２は、＋Ｙ側の端に切り欠き部１３２ａと、切り欠き部１３２ｂとを有する。切り欠き部１３２ａは切り欠き部１３２ｂより上側（＋Ｚ側）に位置する。切り欠き部１３２ａ及び切り欠き部１３２ｂのＺ軸方向の幅は、半導体モジュール２０のＺ方向の幅と等しい又はＺ方向の幅より若干長い。

リブ１３３は、－Ｙ側の端に切り欠き部１３３ａと、切り欠き部１３３ｂとを有する。切り欠き部１３３ａは切り欠き部１３３ｂより上側（＋Ｚ側）に位置する。切り欠き部１３３ａ及び切り欠き部１３３ｂのＺ軸方向の幅は、半導体モジュール２０のＺ方向の幅と等しい又はＺ方向の幅より若干長い。

リブ１３２の切り欠き部１３２ａの－Ｙ側の端と、リブ１３３の切り欠き部１３３ａの＋Ｙ側の端との間は、半導体モジュール２０のＹ軸方向の幅と等しい又は若干長い。同様に、リブ１３２の切り欠き部１３２ｂの－Ｙ側の端と、リブ１３３の切り欠き部１３３ｂの＋Ｙ側の端との間は、半導体モジュール２０のＹ軸方向の幅と等しい又は若干長い。

したがって、＋Ｘ側から見たとき、切り欠き部１３２ａ及び１３３ａとの間の形状が、半導体モジュール２０（ここでは、半導体モジュール２５）の外形とほぼ一致する。同様に、＋Ｘ側から見たとき、切り欠き部１３２ｂ及び１３３ｂとの間の形状が、半導体モジュール２０（ここでは、半導体モジュール２２）の外形とほぼ一致する。切り欠き部１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ及び１３３ｂを有することにより、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置合わせができる。

例えば、半導体モジュール２０は、Ｚ軸方向の位置としては、半導体モジュール２０のＺ方向中心が隣接する多穴管の間の真ん中になるようにしてもよい。また、半導体モジュール２０の発熱状況に応じて、半導体モジュール２０のＺ方向中心が隣接する多穴管のどちらかに近づけてもよい。

なお、上記の説明では、リブ１３２及びリブ１３３について説明したが、リブ１３１及びリブ１３４も同様に切り欠き部を有する。

リブ１３１、リブ１３２、リブ１３３及びリブ１３４は、Ｙ軸方向の半導体モジュール２０が位置する側に切り欠き部を有する。例えば、リブ１３１は、リブ１３１のＹ軸方向における＋Ｙ側に切り欠き部を有する。リブ１３２及びリブ１３３は、リブ１３２及びリブ１３３のそれぞれのＹ軸方向における両側に切り欠き部を有する。リブ１３４は、リブ１３４のＹ軸方向における－Ｙ側に切り欠き部を有する。

冷却器１１は、冷却器１０と同様に、リブ１２５、１２６、１２７及び１２８を有している。したがって、冷却器１１は、半導体モジュール２０を多穴管１２１と多穴管１２２との間又は多穴管１２２と多穴管１２３との間に挿入したときに、Ｘ軸方向に位置合わせできる。更に、冷却器１１は、切り欠き部を備えるリブ１３１、１３２、１３３及び１３４を有することにより、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に位置合わせできる。

なお、多穴管１２１、多穴管１２２及び多穴管１２３のそれぞれが有する＋Ｘ側の面が第２側面の一例、リブ１３１、１３２、１３３及び１３４が第２リブの一例である。

＜＜電力変換装置＞＞
次に、第１実施形態に係る電力変換モジュール１及び第２実施形態に係る電力変換モジュール２を用いる電力変換装置について説明する。

図１８及び図１９は、本実施形態に係る電力変換モジュール１を用いる電力変換装置５の斜視図である。図１９は、図１８の電力変換装置５のカバー５１を外した図である。なお、図１８及び図１９では、第１実施形態に係る電力変換モジュール１を用いた例を示す。

電力変換装置５は、例えば、直流電力を所定の周波数の３相の交流電力に変換する。電力変換装置５は、例えば、自動車等に搭載される。

電力変換装置５は、カバー５１と、ケース５２と、を備える。ケース５２は、外部の電源や負荷を接続するためのコネクタ５３及びコネクタ５４を備える。なお、カバー５１及びケース５２の組み合わせを筐体５０という場合がある。

電力変換装置５は、カバー５１及びケース５２の内部に、制御基板５５と、電力変換モジュール１と、コンデンサ５６と、を備える。

制御基板５５は、所望の出力が得られるように、電力変換モジュール１を制御する。電力変換モジュール１は、制御基板５５からの制御信号に基づいて、直流電力を３相の交流電力に変換する。コンデンサ５６は、コンバータ及びインバータとの間に接続されるコンデンサである。

電力変換モジュール１の冷却器１０の管１１２及び管１１３が、カバー５１及びケース５２から外部に出されている。管１１２及び管１１３の一方から冷媒が流入して、他方から冷媒が流出することにより、冷却器１０の中を冷媒が流れる。冷却器１０の中に冷媒が流れることにより、半導体モジュール２０が冷却される。

また、補強リブ１２１ｆ及び補強リブ１２３ｆにより、冷却器１０と筐体５０内の空気との接触面積を増やすことができる。したがって、補強リブ１２１ｆ及び補強リブ１２３ｆにより、筐体５０内の空気をより冷やすことができる。筐体５０内の空気が冷やされることにより、電力変換装置５全体を冷却することができる。電力変換装置５全体が冷却されることにより、例えば、筐体５０内部のコンデンサ５６が冷却されることから、コンデンサ５６の寿命を延ばすことができる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、電力変換モジュールの半導体モジュールの数は、６個に限らず、１個以上の任意の個数を選択してもよい。また、多穴管の数も３本に限らず、２本以上の本数を選択してもよい。

１、２ 電力変換モジュール
５ 電力変換装置
１０、１１ 冷却器
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６ 半導体モジュール
２０ｄＣ、２２ｄＣ、２５ｄＣ 側面
５０ 筐体
５１ カバー
５２ ケース
５３、５４ コネクタ
５５ 制御基板
５６ コンデンサ
１１０ 第１ヘッダ
１１１ 本体部
１１２ 管
１１３ 管
１２１、１２２、１２３ 多穴管
１２１ｆ、１２３ｆ 補強リブ
１２５、１２６、１２７、１２８ リブ
１２６Ａ１、１２６Ａ２ 面
１３０ 第２ヘッダ
１３１、１３２、１３３、１３４ リブ
１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ、１３３ｂ 欠き部
２００ 第１部材
２０１ 第２部材
２２１、２２２、２２３ 多穴管
２２１Ａ、２２１Ｂ、２２２Ａ、２２３Ａ 挿入部
２３０、２４０ 連結部

Claims (10)

1. それぞれ内部に第１方向に流体が流れる流路が形成され、前記第１方向に交差する第２方向に離隔して並んで位置する複数の多穴管と、
   前記複数の多穴管のそれぞれに対して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に設けられ、前記複数の多穴管のすべての前記第３方向の片側の第１側面に連結し、前記複数の多穴管と同一の材料で一体に形成される第１リブと、を備える、
   冷却器。
2. 前記第１リブを前記第１方向に並んで複数備える、
   請求項１に記載の冷却器。
3. 前記第１リブは、隣接する二つの前記多穴管の間に、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面を有する、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の冷却器。
4. 前記複数の多穴管のそれぞれに対して、前記第３方向において前記第１リブと反対側に設けられ、前記複数の多穴管のすべての前記第３方向において前記第１側面と反対側の第２側面に連結し、前記複数の多穴管と同一の材料で一体に形成される第２リブを更に備える、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却器。
5. 前記第２リブを前記第１方向に並んで複数備える、
   請求項４に記載の冷却器。
6. 前記第２リブは、隣接する二つの前記多穴管の間に、前記第１方向に切り欠かれた切り欠き部を有する、
   請求項４又は請求項５のいずれかに記載の冷却器。
7. 前記複数の多穴管の中で前記第２方向において最端部に設けられた多穴管は、前記第２方向の外側に突出し、前記第１方向に延びる凸部を有する、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷却器。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の冷却器と、
   隣接する二つの前記多穴管の間に設けられた半導体モジュールと、
   を備える電力変換モジュール。
9. 筐体と、
   前記筐体の内部に設けられた請求項８に記載の電力変換モジュールと、
   を備える、
   電力変換装置。
10. （ａ）それぞれ内部に第１方向に流体が流れる流路が形成され、前記第１方向に交差する第２方向に離隔して並んで位置する複数の多穴管と、前記複数の多穴管のそれぞれに対して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に設けられ、前記複数の多穴管のすべての前記第３方向の片側の第１側面に連結する第１連結部と、前記複数の多穴管のそれぞれに対して、前記第３方向において前記第１連結部と反対側に設けられ、前記複数の多穴管のすべての前記第３方向において前記第１側面と反対側の第２側面に連結する第２連結部と、が同一の材料で一体に形成され、前記第１方向において、同一の断面を有する第１部材を用意する工程と、
    （ｂ）前記第１方向における前記第１部材の一方の第１端部と他方の第２端部をヘッダに挿入可能になるように切削して、第２部材に加工する工程と、
    （ｃ）前記第２部材を前記ヘッダに接合する工程と、
    （ｄ）前記第１連結部を加工して第１リブを形成する工程と、
    （ｅ）前記第２連結部を加工する工程と、
    を有する、
    冷却器の製造方法。

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